Зниження EMI в імпульсних джерелах живлення (SMPS); Електроніка-сьогодні
ЕМІ (електромагнітні перешкоди) - це несправність електронного пристрою, коли він знаходиться поблизу електромагнітного поля (ЕРС) або радіочастотного спектра (ВЧ), генерованого іншим електронним пристроєм.
Імпульсні джерела живлення (SMPS) за своєю природою є середніми, що генерують електричний шум (на частоті комутації та пов'язаних з ними гармонік), але завдяки ретельному проектуванню ефективність досягається.
Основними стандартами є IEC 61000 (Електромагнітна сумісність - EMC) та IEC 60601 (Вимоги до імунітету). Добре знаючи компоненти, правильно спроектувавши друковану плату (PCB) та зменшивши імпеданси загального режиму, ви зможете мінімізувати викиди ЕМІ від джерела живлення без необхідності інших зовнішніх заходів (Pi-фільтри, загальнорежимні удари, супресори, металевий екран). Залежно від застосування: промислова, медична, низькошумова акустика, важкі середовища (температура, висока вологість), висока щільність потужності, дуже висока надійність ... джерела мають різні ціни, що відображають зусилля
дизайн та якість компонентів.
Чому джерела живлення видають електричний шум?
Будь-яке джерело комутації базується на зміні напруги або струму на короткому діапазоні
час у кожному циклі комутації (наприклад, транзиторний транзитор перемикається від 0 до 200 В за 40 нс). Будь-який маршрут, точка перехрестя та компонент є можливим джерелом збурень. Що стосується електронних компонентів, виробники, як правило, не вказують характеристики ЕМІ та те, як вони можуть стати джерелами шуму. На малюнках 1 і 2 показано, як шуми можуть створюватися великими варіаціями струмних контурів (di/dt), відповідно піками напруги (dV/dt).
Роль проводки (друкованої плати), правила проектування
1. Мінімізуйте поточні зони циклу. Петлі струму виникають, коли струми повертаються до землі кількома способами.
Струмові петлі - це генератори та EMI-антени. Струми змінного струму (50 кГц з частотою 1 МГц) протікають по каналах проводки, тому виникатимуть індукційні та електромагнітні явища.
Примітка. Закон Фарадея показує, що напруга, індукована в ланцюзі, дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через поверхню цього кола: e = - Δ φ/Δt.
2. Переконайтесь, що не залишилось плаваючих деталей і що всі петлі з'єднані з землею.
3. Сигнали замикаються на землю короткими і окремими з'єднаннями, розташованими як зірка, на кожному терміналі GND інтегральної схеми, а лінії електропередач також матимуть зірковий зв'язок з їх землею. Нарешті, в одній точці буде лише один зв’язок між масою сигналу (посилання для малих сигналів з інформацією управління) та масою потужності (посилання для високих струмів зворотного струму, контрольована потужність).
4. На джгуті проводки площина заземлення силової частини повинна бути відокремлена від площини заземлення сигналів з урахуванням гальванічного роз'єднання на проводці між первинною та вторинною.
5. Друковані плати та кабелі з витою парою повинні бути якомога коротшими і розташовані так, щоб мінімізувати петлі, які можуть бути індукованими джерелом антенами, струмами, спричиненими ЕМІ від інших пристроїв.
6. Заземлення призначене з міркувань безпеки, а не для зменшення ЕМВ.
щоб не додавати паразитарних індуктивностей. Трансформатор є першим елементом, який визначає ЕМІ в блоці живлення, будучи найбільш шумним компонентом.
Проектування трансформатора є справжнім мистецтвом як при виборі типу магнітопроводу, напрямку обмотки, екрану обмотки (екранування зменшує ЕМІ, але збільшує паразитну здатність і, очевидно, струм витоку) і положення на проводці. У разі гальванічної розв'язки сигналів замість трансформаторів (які генерують ЕМІ та сприйнятливі до пошкодження сигналів магнітними полями), відповідно замість оптронів (які мають низький рівень випромінювання ЕМІ та високий імунітет, але мають низьку надійність, загальний низький імунітет та погіршення коефіцієнта передачі сигналу з часом), рекомендується використовувати кремнієві ізолятори, які можуть бути реалізовані як трансформатори або конденсатори.
Надмірна вихідна потужність у поєднанні з низьким послідовним опором (ESR) і більшою індуктивністю можуть спричинити коливання деяких джерел. Тому деякі джерела можуть приймати більші вихідні конденсатори, поки ESR вище.